(57)【要約】【課題】  非導波光の光導波路への入射を抑制し、光変調特性などの光学特性に優れた光制御素子を提供すること。【解決手段】  電気光学効果を有する材料で形成された基板と、該基板の表面又は裏面に形成された光導波路とを含む光制御素子において、該光導波路の伝搬定数β０〜β３は、部分的に異なる値に設定されていることを特徴とする。  また、好ましくは、光導波路の伝搬定数と、該光導波路外を伝搬する非導波光に係る伝搬定数が異なることを特徴とする。【選択図】図４
2007114222.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電気光学効果を有する材料で形成された基板と、該基板の表面又は裏面に形成された光導波路とを含む光制御素子において、
該光導波路の伝搬定数は、部分的に異なる値に設定されていることを特徴とする光制御素子。
【請求項２】
請求項１に記載の光制御素子において、該光導波路が隣接する複数の光導波路部分を有し、該隣接する光導波路部分は、互いに異なる伝搬定数を有するように設定された部分を有することを特徴とする光制御素子。
【請求項３】
請求項２に記載の光制御素子において、該隣接する光導波路部分は、マッハツェンダー型光導波路の分岐光導波路部分であることを特徴とする光制御素子。
【請求項４】
請求項３に記載の光制御素子において、該分岐光導波路部分における該分岐光導波路部分を伝搬する光波に対する実効的伝搬定数の平均値が、各分岐光導波路部分で同じとなるように設定されていることを特徴とする光制御素子。
【請求項５】
請求項１に記載の光制御素子において、該光導波路の入射側光導波路部分と出射側光導波路部分とでは、光導波路の伝搬定数が異なることを特徴とする光制御素子。
【請求項６】
請求項１乃至５のいずれかに記載の光制御素子において、該光導波路の伝搬定数と、該光導波路外を伝搬する非導波光に係る伝搬定数が異なることを特徴とする光制御素子。
【請求項７】
請求項１乃至６のいずれかに記載の光制御素子において、光導波路の伝搬定数の調整は、該光導波路の幅を変化させることにより行うことを特徴とする光制御素子。
【請求項８】
請求項７に記載の光制御素子において、隣接した分岐光導波路部分の各幅ｗａ，ｗｂは、両者の和ｗａ＋ｗｂが一定となるように各幅を変化させることを特徴とする光制御素子。
【請求項９】
請求項１乃至８のいずれかに記載の光制御素子において、伝搬定数の調整は、光導波路中又は光導波路近傍あるいは光導波路上に、伝搬定数を変化させる物質を拡散又は装荷することを特徴とする光制御素子。
【請求項１０】
請求項９に記載の光制御素子において、伝搬定数を変化させる物質は、ＭｇＯ，ＳｉＯ２、ＴｉＯ２又はＺｎＯの少なくとも一つを含むことを特徴とする光制御素子。
【請求項１１】
請求項１乃至１０のいずれかに記載の光制御素子において、該光導波路の入射側光導波路部分は、該光導波路を伝播する光波の伝搬定数が、シングルモード条件を満足することを特徴とする光制御素子。
【請求項１２】
請求項１乃至１１のいずれかに記載の光制御素子において、光導波路の伝搬定数が異なる部分の直前又は直後には、伝搬定数の変化が徐々に変化する領域を形成することを特徴とする光制御素子。
【請求項１３】
請求項１乃至１２のいずれかに記載の光制御素子において、該基板の光導波路が形成された領域の少なくとも一部の厚みが、３０μｍ以下又は導波光のモードフィールド径幅の０．３〜２．０倍であることを特徴とする光制御素子。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光制御素子に関し、特に、電気光学効果を有する材料で形成された基板に光導波路を有する光制御素子に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、光通信分野や光測定分野において、電気光学効果を有する基板上に光導波路や変調電極を形成した導波路型光変調器が多用されている。
特に、マルチメデアの発展に伴い情報伝達量も増加傾向にあり、光変調周波数の広帯域化を実現する必要がある。これらを実現するためにはＬｉＮｂＯ３（以下、「ＬＮ」という。）変調器等による外部変調方式が多様化されている。しかし、ＬＮ変調器の広帯域の実現には、変調信号であるマイクロ波と光波との速度整合、及び駆動電圧の低減を図る必要がある。
【０００３】
前記課題の解決手段として、基板の厚みを薄くすることにより、マイクロ波と光波の速度との速度整合条件を満足させ、且つ駆動電圧の低減を同時に図ることが知られている。
以下の特許文献１又は２においては、３０μｍ以下の厚みを有する薄い基板（以下、「第１基板」という。）に、光導波路並びに変調電極を組み込み、第１基板より誘電率の低い他の基板（以下、「第２基板」という。）を接合し、マイクロ波に対する実効屈折率を下げ、マイクロ波と光波との速度整合を図り且つ基板の機械的強度を維持することが行われている。
【特許文献１】特開昭６４−１８１２１号公報
【特許文献２】特開２００３−２１５５１９号公報
【０００４】
特許文献１又は２では、主に、第１基板にはＬＮが利用され、第２基板には、石英、ガラス、アルミナなどＬＮより低誘電率の材料が使用されている。これらの材料の組合せでは、線膨張係数の違いにより、温度変化に伴う温度ドリフトやＤＣドリフトが発生することとなる。特許文献２においては、このような不具合を除去するため、第１基板と第２基板との接合を、第１基板に近い線膨張係数を有する接着剤を利用して行うことも開示されている。
【０００５】
しかしながら、光導波路を形成した光制御素子、例えばマッハツェンダー型ＬＮ光変調器においては、図１（ａ）に示すように、光ファイバと光変調器との結合部で、光変調器内の光導波路と結合しない入射光１０が非結合光（デカップリング光）として、光導波路外の基板内を伝搬したり、光導波路や特にＹ分岐部における散乱光１１や放射光１２が同様に基板内を伝搬するという問題を有している。また、図１（ｂ）に示すように、分岐光導波路などの隣接した光導波路間では伝搬光の一部１３が他の光導波路に移行するクロストークなどの問題が生じている。
【０００６】
このような非結合光，散乱光又はクロストーク光など（以下、「非導波光」という）は、光導波路に入射し、例えば、光変調器の変調曲線（理想的にはｃｏｓ２θの関数系。）が歪むなどの不具合を生じる。
特に、光導波路を形成した基板の厚さが、３０μｍ以下又は導波光のモードフィールド径の２倍以下になると、以下の現象が特に顕著となることを本発明者らは見出した。
（１）導波光モード径が縦方向（基板表面に垂直な方向）と比較して横方向（基板表面に平行な方向）に広がり始め、非結合光や各種の散乱光が増加すると共に、導波路間のクロストークが増大する。
（２）非結合光などの非導波光が基板中をあたかも導波光にように伝搬し、後段の導波路に再結合する。
これらの現象に起因して、変調曲線が大きく歪むため、光変調器の消光比が劣化したり、変調曲線の最大透過光量が異なるなど、光変調器の特性や制御に大きな問題が発生する。
【０００７】
上述した基板の厚みを薄くした場合の影響について、図２（ａ）に示すマッハツェンダー型光導波路を有する光変調器の場合を例に説明する。一点鎖線Ａ又はＢで切断した場合の断面の様子を図２（ｂ）又は（ｃ）に示す。２つの分岐光導波路部分３，４を通過する光波の断面形状２３は、図２（ｂ）に示すように、基板１の横方向に広がった形状となる。また、分岐光導波路部分が合流するＹ分岐部から放射される光波１２も、図２（ｃ）のように横方向に広がった形状を示し、光導波路５を伝搬する光波２４と極めて近接した構成となる。このような状況では、放射光１２である非導波光と光導波路５を伝搬する光波２４との再結合が発生し易く、光変調器の変調特性が劣化する大きな原因となる。なお、図２（ａ）では明示されていないが、２１は変調電極、２２は接地電極、２０は基板１と補強板２１とを接合する接着層を示している。
【０００８】
図３に、基板の厚みの変化の影響を明確にするため、基板の厚みを変化させた場合の光導波路のモード径の偏平度変化の様子を示す。図３では、ＬＮ基板の下側に誘電体（屈折率ｎ＝１．４５）を配置し、上側には空気層を配置した状態を想定し、さらに、Ｔｉの熱拡散により導波路幅６μｍ、成膜時のＴｉ厚を５００Åと９００Åの場合を想定した。光導波路のモード径の偏平度は、横方向の径をｘ、縦方向の径ｙとし、ｘ／ｙの値を偏平度として表した。これにより、ＬＮ基板の厚みが、Ｔｉ厚５００Åの場合には３０μｍ以下から、Ｔｉ厚９００Åの場合には１５μｍ以下となると、急激に偏平度が変化している様子が理解される。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
本発明が解決しようとする課題は、上述した問題を解決し、非導波光の光導波路への入射を抑制し、光変調特性などの光学特性に優れた光制御素子を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記課題を解決するため、請求項１に係る発明では、電気光学効果を有する材料で形成された基板と、該基板の表面又は裏面に形成された光導波路とを含む光制御素子において、該光導波路の伝搬定数は、部分的に異なる値に設定されていることを特徴とする。
本発明における「伝搬定数」とは、２πｎ／λ（ｎは屈折率、λは波長を表わす）で定義される、伝搬する光の位相を表す定数を意味する。
【００１１】
請求項２に係る発明では、請求項１に記載の光制御素子において、該光導波路が隣接する複数の光導波路部分を有し、該隣接する光導波路部分は、互いに異なる伝搬定数を有するように設定された部分を有することを特徴とする。
【００１２】
請求項３に係る発明では、請求項２に記載の光制御素子において、該隣接する光導波路部分は、マッハツェンダー型光導波路の分岐光導波路部分であることを特徴とする。
【００１３】
請求項４に係る発明では、請求項３に記載の光制御素子において、該分岐光導波路部分における該分岐光導波路部分を伝搬する光波に対する実効的伝搬定数の平均値が、各分岐光導波路部分で同じとなるように設定されていることを特徴とする。
【００１４】
請求項５に係る発明では、請求項１に記載の光制御素子において、該光導波路の入射側光導波路部分と出射側光導波路部分とでは、光導波路の伝搬定数が異なることを特徴とする。
【００１５】
請求項６に係る発明では、請求項１乃至５のいずれかに記載の光制御素子において、該光導波路の伝搬定数と、該光導波路外を伝搬する非導波光に係る伝搬定数が異なることを特徴とする。
【００１６】
請求項７に係る発明では、請求項１乃至６のいずれかに記載の光制御素子において、光導波路の伝搬定数の調整は、該光導波路の幅を変化させることにより行うことを特徴とする。
【００１７】
請求項８に係る発明では、請求項７に記載の光制御素子において、隣接した分岐光導波路部分の各幅ｗａ，ｗｂは、両者の和ｗａ＋ｗｂが一定となるように各幅を変化させることを特徴とする。
【００１８】
請求項９に係る発明では、請求項１乃至８のいずれかに記載の光制御素子において、伝搬定数の調整は、光導波路中又は光導波路近傍あるいは光導波路上に、伝搬定数を変化させる物質を拡散又は装荷することを特徴とする。
【００１９】
請求項１０に係る発明では、請求項９に記載の光制御素子において、伝搬定数を変化させる物質は、ＭｇＯ，ＳｉＯ２、ＴｉＯ２又はＺｎＯの少なくとも一つを含むことを特徴とする。
【００２０】
請求項１１に係る発明では、請求項１乃至１０のいずれかに記載の光制御素子において、該光導波路の入射側光導波路部分は、該光導波路を伝播する光波の伝搬定数が、シングルモード条件を満足することを特徴とする。
【００２１】
請求項１２に係る発明では、請求項１乃至１１のいずれかに記載の光制御素子において、光導波路の伝搬定数が異なる部分の直前又は直後には、伝搬定数の変化が徐々に変化する領域を形成することを特徴とする。
【００２２】
請求項１３に係る発明では、請求項１乃至１２のいずれかに記載の光制御素子において、該基板の光導波路が形成された領域の少なくとも一部の厚みが、３０μｍ以下又は導波光のモードフィールド径幅の０．３〜２．０倍であることを特徴とする。
本発明における「モードフィールド径幅」とは、光強度が１／ｅ２のなる幅を意味する。
【発明の効果】
【００２３】
請求項１に係る発明により、電気光学効果を有する材料で形成された基板と、該基板の表面又は裏面に形成された光導波路とを含む光制御素子において、該光導波路の伝搬定数は、部分的に異なる値に設定されているため、非導波光が光導波路に再結合することが抑制され、光制御素子の光学特性を安定化させることが可能となる。
【００２４】
請求項２に係る発明により、光導波路が隣接する複数の光導波路部分を有し、該隣接する光導波路部分は、互いに異なる伝搬定数を有するように設定された部分を有するため、非導波光のうち、特に隣接する光導波路部分間のクロストークが抑制され、光制御素子の光学特性を改善することが可能となる。
【００２５】
請求項３に係る発明により、隣接する光導波路部分は、マッハツェンダー型光導波路の分岐光導波路部分であるため、該分岐光導波路部分間のクロストークが防止され、極めて安定した変調特性を実現することが可能となる。
【００２６】
請求項４に係る発明により、分岐光導波路部分における該分岐光導波路部分を伝搬する光波に対する実効的伝搬定数の平均値が、各分岐光導波路部分で同じとなるように設定されているため、各分岐光導波路部分における光波の伝搬時間を一致させることが可能となり、各分岐光導波路部分を伝搬する光波の位相を調整する機構を不要又は簡略化させることが可能となり、光制御素子の複雑化や製造コストの増加を抑制することも可能となる。
【００２７】
請求項５に係る発明により、光導波路の入射側光導波路部分と出射側光導波路部分とでは、光導波路の伝搬定数が異なるため、特に入射側光導波路部分から放射される散乱光（例えばＹ分岐部における散乱光）が、出射側光導波路部分に再結合するのを防止することが可能となる。
【００２８】
請求項６に係る発明により、光導波路の伝搬定数と、該光導波路外を伝搬する非導波光に係る伝搬定数が異なるため、非導波光の光導波路への再結合を効果的に防止することが可能となる。
【００２９】
請求項７に係る発明により、光導波路の伝搬定数の調整は、該光導波路の幅を変化させることにより行うため、光導波路の形成工程を利用して、容易に伝搬定数の調整が可能となる。
【００３０】
請求項８に係る発明により、隣接した分岐光導波路部分の各幅ｗａ，ｗｂは、両者の和ｗａ＋ｗｂが一定となるように各幅を変化させるため、隣接した分岐光導波路部分間においてのクロストークを防止するだけでなく、光制御素子の温度変化に伴う光学特性の変化を抑制することが可能となる。
【００３１】
請求項９に係る発明により、伝搬定数の調整は、光導波路中又は光導波路近傍あるいは光導波路上に、伝搬定数を変化させる物質を拡散又は装荷するため、光導波路部分だけでなく、光導波路以外の基板領域においても、伝搬定数の調整が可能となる。また、伝搬定数を変化させる物質を拡散又は装荷は、光制御素子の製造工程の一部を変更するだけで行うことが可能であり、伝搬定数の調整を容易に実現できる。
【００３２】
請求項１０に係る発明により、伝搬定数を変化させる物質は、ＭｇＯ，ＳｉＯ２、ＴｉＯ２又はＺｎＯの少なくとも一つを含むため、熱拡散や膜形成により、容易に伝搬定数の調整を行うことが可能となる。
【００３３】
請求項１１に係る発明により、光導波路の入射側光導波路部分は、該光導波路を伝播する光波の伝搬定数が、シングルモード条件を満足するため、光制御素子とシングルモードの光ファイバとの結合性を向上することが可能となる。
【００３４】
請求項１２に係る発明により、光導波路の伝搬定数が異なる部分の直前又は直後には、伝搬定数の変化が徐々に変化する領域を形成するため、伝搬定数の調整箇所での光波の反射や散乱を抑制し、光学特性の劣化を防止することが可能となる。
【００３５】
請求項１３に係る発明により、基板の光導波路が形成された領域の少なくとも一部の厚みが、３０μｍ以下又は導波光のモードフィールド径幅の０．３〜２．０倍であるため、特に非導波光の再結合やクロストークが危惧される光制御素子において、効果的にこれらの不具合を防止し、光学特性の優れた光制御素子を提供することが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３６】
以下、本発明の好適例を用いて詳細に説明する。
本発明は、電気光学効果を有する材料で形成された基板と、該基板の表面又は裏面に形成された光導波路とを含む光制御素子において、該光導波路の伝搬定数は、部分的に異なる値に設定されていることを特徴とする。
図４は、本発明の光制御素子に係る実施例１を示す概略図である。
以下の説明では、光導波路としてマッハツェンダー型光導波路を中心に説明するが、本発明は、これらの形状の光導波路に限定されるものではない。
【００３７】
図４は、マッハツェンダー型光導波路のみを示した図であり、光導波路は、入射側光導波路部分２、Ｙ分岐部を経て２つに分岐された分岐光導波路部分３，４、及び合波部となるＹ分岐部を経て配置される出射側光導波路部分５から構成されている。
実施例１においては、分岐光導波路部分３及び４におけるクロストークを防止するため、光導波路の各領域における該光導波路内を伝搬する光波の伝搬定数β０〜β３を変化させている。
【００３８】
具体的には、分岐光導波路部分を３つの領域（ＣからＤ，ＤからＥ，ＥからＦの３つの領域。以下では、ＣからＤの領域を「ＣＤ領域」のように表現する。）に分け、各領域の長さをＬ１，Ｌ２，Ｌ３で表している。各領域において、隣接する分岐光導波路部分で、伝搬定数が一致しないように、伝搬定数の選択が行われている。例えば、ＣＤ領域では、分岐光導波路部分３の伝搬定数はβ１であるが、他方の分岐光導波路部分４の伝搬定数はβ２であり、両者の伝搬定数は異なっている。このように隣接する分岐光導波路間で伝搬定数を異ならせることにより、両者間におけるクロストークの発生を効果的に防止することが可能となる。その他のＤＥ領域及びＥＦ領域においても同様である。
【００３９】
また、実施例１においては、各伝搬定数βに各領域の長さＬを掛けた実効的伝搬定数β・Ｌの平均値が、各分岐光導波路部分において等しくなるよう設定されている。具体的には、各分岐光導波路部分における実効的伝搬定数の総和が以下の式を満足する。
β１・Ｌ１＋β２・Ｌ２＋β３・Ｌ３＝β２・Ｌ１＋β３・Ｌ２＋β１・Ｌ３
【００４０】
このように実効的伝搬定数の平均値を等しくすることにより、各分岐光導波路部分における光波の伝搬時間を一致させることが可能となり、各分岐光導波路部分を伝搬する光波の位相を調整する機構を不要又は簡略化させることが可能となり、光制御素子の複雑化や製造コストの増加を抑制することも可能となる。
【００４１】
実施例１においては、分岐光導波路部分を３つの領域に分けた例を示したが、本発明においては、これに限るものではなく、隣接する分岐光導波路部分で、伝搬定数が一致しないようにした領域が１つ以上であれば、少なくともクロストーク現象は抑制される。また、光波の伝播時間を調整する機能も付加するには、少なくとも２つ以上の領域に分けて伝搬定数を設定することが好ましい。
【００４２】
図５は、実施例１の伝搬定数の具体的な調整方法を図示したものである。伝搬定数を調整するには、図５（ａ）の符号３０又は３１で示すように、光導波路上に伝搬定数を変化させる物質３０を装荷したり、光導波路中に伝搬定数を変化させる物質３１を拡散する。
伝搬定数を変化させる物質としては、ＭｇＯ，ＳｉＯ２、ＴｉＯ２又はＺｎＯなどが使用可能であり、これらのうち少なくとも一つの材料を基板上に装荷又は基板内に拡散することで、伝搬定数が調整される。
特に伝搬定数を変化させる物質３０を装荷させる場合には、ＳｉＯ２が好ましく、光導波路中に拡散させる場合には、ＭｇＯやＴｉＯ２、さらにはＺｎＯなどがより好適に使用される。
【００４３】
また、図５（ｂ）に示すように、光導波路の近傍に伝搬定数を変化させる物質を拡散又は装荷することでも、光導波路の伝搬定数を調整することができる。図５（ｂ）では、分岐光導波路部分を、ＧＨ領域とＨＩ領域の２つの領域に分けた例を示す。
符号４０は、伝搬定数を変化させる物質を拡散又は装荷したものであり、場合によっては、溝を形成することでも伝搬定数を調整することが可能である。
【００４４】
図６では、伝搬定数を調整する他の方法を示す。
図６（ａ）は、実施例１の伝搬定数の調整に使用可能な、３つの領域に対応して伝搬定数を変化させたものである。ここでの伝搬定数の調整は、分岐光導波路の幅を通常の光導波路の幅に加えて、ｗ１〜ｗ３の３種類の幅で変化させることにより行っている。
具体的には、ＣＤ領域では、分岐光導波路部分３の幅はｗ１であり、他方の分岐光導波路部分４の幅はｗ２となるように設定されている。以下同様にして、ＤＥ領域及びＥＦ領域においても、隣接する分岐光導波路部分の幅が異なることにより伝搬定数を異なる値とすることが可能となり、両者間でのクロストークを防止することが可能となる。
【００４５】
図６（ｂ）は、分岐光導波路部分３の一部のみを図示したものである。図６（ａ）に示すように、各領域で伝搬定数を異ならせる場合に、光導波路の幅を急激に変化させると、光導波路内を伝搬する光波が反射又は散乱されるという新たな問題を生ずることとなる。このため、図６（ｂ）に示すように、各領域間では、光導波路の幅が徐々に変化する移行領域５０を設けている。このような移行領域５０は、図５に示す伝搬定数を変化させる物質を使用する場合にも適用することが可能であり、その場合には、当該物質の密度や形状（幅や高さ）を空間的に徐々に変化するよう構成する。
【００４６】
さらに図６（ｃ）では、光導波路の幅を、ＪＬ領域において連続的に変化させる場合の例を示している。分岐光導波路部分３においては幅ｗ１からｗ０に、また分岐光導波路部分４においては幅ｗ０からｗ１へと連続的に変化させている。図６（ｃ）においては、各分岐光導波路部分の最小幅と最大幅を等しくしているが、これに限るものではない。
また、ＪＬ領域の途中（点線Ｋ）における各分岐光導波路部分の幅ｗａとｗｂについては、常に両者の和ｗａ＋ｗｂが一定となるように設定することで、隣接した分岐光導波路部分間においてのクロストークを防止するだけでなく、光制御素子の温度変化に伴う光学特性の変化を抑制することが可能となる。
【００４７】
しかも、図６（ｃ）に示すように、各分岐光導波路部分の最小幅ｗ０と最大幅ｗ１とを等しくする場合には、各分岐光導波路を伝搬する光波の伝搬時間や損失を等しくすることも可能となり、極めて光学特性の優れた光制御素子を提供することが可能となる。
【００４８】
図７は、本発明に係る実施例２を示す図である。
光導波路の入射側光導波路部分２と出射側光導波路部分５との伝搬定数β０，β１とを異なる値とすることにより、特に入射側光導波路部分から放射される散乱光（例えばＹ分岐部における散乱光）が、出射側光導波路部分に再結合するのを防止することが可能となる。
【００４９】
図８は、本発明に係る実施例３を示す図である。
図１に示すように、光ファイバと光変調器との結合部で、光変調器内の光導波路と結合しない入射光１０が非結合光（デカップリング光）として、光導波路外の基板内を伝搬したり、光導波路や特にＹ分岐部における散乱光１１や放射光１２が同様に基板内を伝搬する。分岐光導波路などの隣接した光導波路間では伝搬光の一部が他の光導波路に移行するクロストーク光１３が発生している。これらの非導波光が光導波路の各部分で再結合することを防止するため、非導波光の伝搬定数βａ，βｂ，βｃ及びβｄを、光導波路の伝搬定数β０，β１，β２及びβ３と異なるような値に設定する。
【００５０】
図８における伝搬定数の調整方法は、図５及び６に示した各種の調整方法が採用でき、調整する対象も光導波路だけでなく、非導波光が伝搬する基板領域に伝搬定数の調整を施すことも可能である。
【００５１】
また、光制御素子の光学特性をより高性能に維持するためには、各分岐光導波路部分における伝搬定数の調整箇所が、両者の中心点に対して点対称となるように配置あるいは、非導波光に対する伝搬定数の調整箇所が光導波路に対して線対称となるように配置することにより、温度変化に伴う応力の影響を均等にすることが可能となる。
【００５２】
さらに、光制御素子と光ファイバーとの光学的結合効率を高め、非結合光を発生させないためには、光ファイバーのシングルモード条件に適合するように、光導波路の伝搬定数を設定することが好ましい。
【００５３】
本発明に係る光制御素子に使用される電気光学効果を有する材料としては、例えば、ニオブ酸リチウム、タンタル酸リチウム、ＰＬＺＴ（ジルコン酸チタン酸鉛ランタン）、及び石英系の材料及びこれらの組合わせが利用可能である。特に、電気光学効果の高いニオブ酸リチウム（ＬＮ）結晶が好適に利用される。
図２及び３に示すように、基板の光導波路が形成された領域の少なくとも一部の厚みが、３０μｍ以下又は導波光のモードフィールド径幅の０．３〜２．０倍である場合には、特に導波光モード径が縦方向と比較して横方向に広がり始め、非結合光や各種の散乱光が増加すると共に、導波路間のクロストークが増大する。しかも、非結合光などの非導波光が基板中をあたかも導波光にように伝搬し、後段の導波路に再結合し易くなるなどの問題点が顕著となることから、これらの薄き基板部分を有する光制御素子には、本発明を適用することが好ましい。
【００５４】
図９に、本発明に係る光制御素子の変調曲線の結果を示す。図９（ａ）では、ＬＮ基板の厚みを１０μｍとし、図６に示す形状の光導波路を、分岐光導波路部分の伝搬定数の調整領域を２つに設定し（ＣＤ領域とＤＥ領域の２つ）、入射側光導波路部分、出射側光導波路部分及び伝搬定数が調整された分岐光導波路部分３のＣＤ領域（分岐光導波路部分４のＤＥ領域）の各幅ｗ１は６μｍとし、他の領域の幅ｗ２は７μｍとした。また、各領域の長さは、Ｌ１＝Ｌ２＝１５ｍｍとした。
図９（ｂ）においては、光導波路の幅を全て６μｍとした以外は、図９（ａ）の場合と同様に作成した。
【００５５】
図９のグラフを見ると、従来の光変調器では、クロストークなどの非導波光の影響により、図９（ｂ）のように変調曲線が大きく歪んでいるが、本発明を適用した光変調器では、図９（ａ）に示すように、変調曲線が極めて良好な状況に改善していることが理解される。
【００５６】
本発明は、上述した光制御素子に限定されるものではなく、例えば、分岐光導波路に係る内容を隣接する複数の光導波路に適用したり、上記の伝搬定数の調整方法も、物質の拡散や装荷と併せて光導波路の幅を調整するなど、適宜必要に応じて組合わせて行うことも可能であることは、言うまでもない。
【産業上の利用可能性】
【００５７】
以上説明したように、本発明によれば、非導波光の光導波路への入射を抑制し、光変調特性などの光学特性に優れた光制御素子を提供することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００５８】
【図１】非導波光の様子を示す図である。
【図２】モードフィールド径幅が変化する様子などを模式的に示す図である。
【図３】基板の厚みに対する光導波路モード径の偏平度を示すグラフである。
【図４】本発明に係る光制御素子の実施例１を示す図である。
【図５】伝搬定数を変化させる物質を装荷又は拡散した光制御素子を示す図である。
【図６】光導波路の幅を調整して伝搬定数を変化させた光制御素子を示す図である。
【図７】本発明に係る光制御素子の実施例２を示す図である。
【図８】本発明に係る光制御素子の実施例３を示す図である。
【図９】光制御素子の変調曲線を本発明と従来例とで対比したグラフである。
【符号の説明】
【００５９】
１  基板
２  入射側光導波路部分
３，４  分岐光導波路部分
５  出射側光導波路部分
６，７  Ｙ分岐部
１０，１１，１２，１３  非導波光
２０  接着層
２１  変調電極
２２  接地電極
２３，２４  導波光
２５  補強板
３０，３１，４０  伝搬定数を変化させる物質
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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